- 磁场对通电导线的作用
- 共6047题
如图所示,ab、cd为相距2m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,质量为3.6kg的金属棒MN垂直于导轨放在其上,当金属棒中通以8A的电流时,金属棒受到水平方向的磁场力的作用沿着导轨做匀加速运动,加速度为2m/s2,当棒中通以同方向的5A的电流时,棒恰好沿着导轨做匀速运动,
求此匀强磁场的磁感应强度的大小.
正确答案
解:导体棒受到安培力和摩擦而平衡,由平衡条件可得:
BI1L=μmg,①
当金属棒中的电流为I2=8A时,棒做加速运动,加速度为a,根据牛顿第二定律得:
BI2L-μmg=ma,②
将①代入②得:
B==
=1.2 T.
答:匀强磁场的磁感应强度的大小为1.2T.
解析
解:导体棒受到安培力和摩擦而平衡,由平衡条件可得:
BI1L=μmg,①
当金属棒中的电流为I2=8A时,棒做加速运动,加速度为a,根据牛顿第二定律得:
BI2L-μmg=ma,②
将①代入②得:
B==
=1.2 T.
答:匀强磁场的磁感应强度的大小为1.2T.
把长L=0.2m,阻值R=1.4Ω的导体棒置于磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁场中,使导体棒和磁场方向垂直,如图所示,若导体棒与一电动势E=3V,内阻r=0.1Ω的电源形成闭合回路,电流方向水平向左,则导体棒受到的安培力大小为多少?安培力的方向如何?
正确答案
解:(1)由闭合电路欧姆定律可得解得:I==2A
根据安培力公式为:F=BIl=0.01×2×0.2=0.004N
(2)由左手定则可知,安培力的方向竖直向下.
答:则导体棒受到的安培力大小为0.004N,安培力的方向竖直向下
解析
解:(1)由闭合电路欧姆定律可得解得:I==2A
根据安培力公式为:F=BIl=0.01×2×0.2=0.004N
(2)由左手定则可知,安培力的方向竖直向下.
答:则导体棒受到的安培力大小为0.004N,安培力的方向竖直向下
如图所示,在绝缘的水平桌面上,固定着两个圆环,它们的半径相等,环面竖直、相互平行,间距是20cm,两环由均匀的电阻丝制成,电阻都是9Ω,在两环的最高点a和b之间接有一个内阻为0.5Ω的直流电源,连接导线的电阻可忽略不计,空间有竖直向上的磁感应强度为3.46×10-1的匀强磁场.一根长度等于两环间距、质量为1.0×10-2kg,电阻为1.5Ω的均匀导体棒水平地置于两环内侧,不计与环间的摩擦,当将棒放在其两端点与两环最低点之间所夹圆弧对应的圆心角θ=60°时,棒刚好静止不动,试求电源的电动势E(取g=10m/s2).
正确答案
解:导体棒静止时,将圆环分成和
两部分,为并联关系,其电阻为:
R1=Ω=2Ω
闭合电路的总电阻:
R总=2R1+R+r=6Ω
设电源的电动势为E,则总电流:
I=
从左向右看,导体棒的受力如图所示.
则F=IBL=mgtan60°
所以
E==
=15V
答:电源的电动势E为15V.
解析
解:导体棒静止时,将圆环分成和
两部分,为并联关系,其电阻为:
R1=Ω=2Ω
闭合电路的总电阻:
R总=2R1+R+r=6Ω
设电源的电动势为E,则总电流:
I=
从左向右看,导体棒的受力如图所示.
则F=IBL=mgtan60°
所以
E==
=15V
答:电源的电动势E为15V.
如图,金属导轨水平放置,导轨间的距离为L,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面成θ角.金属导轨的一端接有电动势为E、内阻为r的直流电源.现把一根金属杆ab放在金属导轨上,金属杆静止.金属杆ab质量为m,长为L,电阻为R,求:
(1)通过金属杆ab的电流;
(2)棒ab受到的摩擦力,及棒ab对导轨的压力.
正确答案
解:(1)导体不动,电路中只有电源和导体有电阻,所以有:I=
(2)金属杆ab静止,合外力为零,则:
安培力为:F=BIL
摩擦力为:f=Fsinθ
得:f=
支持力为:N=mg+Fcosθ
得:N=mg+
由牛顿第三定律得棒ab对导轨的压力为:N′=mg+
答:(1)通过金属杆ab的电流为;
(2)棒ab受到的摩擦力为,及棒ab对导轨的压力为mg+
.
解析
解:(1)导体不动,电路中只有电源和导体有电阻,所以有:I=
(2)金属杆ab静止,合外力为零,则:
安培力为:F=BIL
摩擦力为:f=Fsinθ
得:f=
支持力为:N=mg+Fcosθ
得:N=mg+
由牛顿第三定律得棒ab对导轨的压力为:N′=mg+
答:(1)通过金属杆ab的电流为;
(2)棒ab受到的摩擦力为,及棒ab对导轨的压力为mg+
.
在倾角为α的光滑斜面上,置一根通有电流I,长为L,质量为m的导体棒,如图所示,试求:
(1)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度的最小值和方向;
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度的最小值和方向;
(3)分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直于L,外加匀强磁场的方向范围.
正确答案
解:(1)当安培力F平行于斜面向上时B最小,即:BIL=mgsinα
得:B=
据左手定则可知:B的方向垂直于斜面向上
(2)由平衡条件可知:
mg=BIL
B=
据左手定则可知:方向水平向左.
(3)为讨论方便,如图所示,欲使棒有可能平衡,安培力的方向需限定在图F1和F2之间,据图看出,F的方向应包括F2的方向,但不包括F1的方向,据左手定则:B与x轴的夹角θ满足α<θ≤π.
答:(1)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值,方向垂直与斜面向上.
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小,方向水平向左.
(3)分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直l,应加外磁场的方向范围足α<θ≤π
解析
解:(1)当安培力F平行于斜面向上时B最小,即:BIL=mgsinα
得:B=
据左手定则可知:B的方向垂直于斜面向上
(2)由平衡条件可知:
mg=BIL
B=
据左手定则可知:方向水平向左.
(3)为讨论方便,如图所示,欲使棒有可能平衡,安培力的方向需限定在图F1和F2之间,据图看出,F的方向应包括F2的方向,但不包括F1的方向,据左手定则:B与x轴的夹角θ满足α<θ≤π.
答:(1)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值,方向垂直与斜面向上.
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小,方向水平向左.
(3)分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直l,应加外磁场的方向范围足α<θ≤π
一根长为L=0.2m的直导线,通有I=2A的电流,垂直放入B=1T的磁场匀强磁场中,如图所示,问:导体MN受到的安培力是多大?方向如何?
正确答案
解:导线所受的安培力F=BIL=1×2×0.2N=0.4N.
答:导线受到的安培力是0.4N.
解析
解:导线所受的安培力F=BIL=1×2×0.2N=0.4N.
答:导线受到的安培力是0.4N.
一根长为0.2m的直导线垂直于磁场方向放置在匀强磁场中,通以3A的电流时,它受到磁场的作用力是6×10-2N,则磁场的磁感应强度B多大?当导线的长度在原位置增加为原来的二倍时,则导线受到的安培力是多大?
正确答案
解:(1)由F=BIL可得磁感应强度为:B=;
(2)磁感应强度与导线长度无关,当导线的长度在原位置缩短为原来的2倍时,磁感应强度仍为0.1T.
此时导线受到的磁场的作用力为:F=BI•2L=0.1×3×0.4N=0.12N
答:磁场的磁感应强度B为0.1T;导线受到的安培力是0.12N
解析
解:(1)由F=BIL可得磁感应强度为:B=;
(2)磁感应强度与导线长度无关,当导线的长度在原位置缩短为原来的2倍时,磁感应强度仍为0.1T.
此时导线受到的磁场的作用力为:F=BI•2L=0.1×3×0.4N=0.12N
答:磁场的磁感应强度B为0.1T;导线受到的安培力是0.12N
(2015秋•济南校级期末)矩形导线框abcd置于竖直向上的磁感应强度为B=0.6T的匀强磁场中,其中ab、cd边长度相等均为L=0.5m,且ab、cd边质量均忽略不计,bc边长度为d=0.2m,质量为m=0.02kg,线框可绕MN转动,导线框中通以MabcdN方向的恒定电流后,导线框往纸外偏转角θ=370而达到平衡.(sin37°=0.6 cos37°=0.8,g=10m/s2) 求:
(1)导线框达到平衡时,穿过平面abcd的磁通量ϕ为多少?
(2)线框中电流强度I大小?
正确答案
解:(1)根据磁通量公式,则有:ϕ=BSsinθ=BLdsinθ,
代入数据得:ϕ=3.6×10-2Wb
(2)对bc边,根据力的平衡条件,则有:F=mgtanθ.
因F=BId,
解得:I=
代入数据解得:I=1.25A
答:(1)穿过平面abcd的磁通量为3.6×10-2Wb;
(2)线框中电流强度I大小是1.25A.
解析
解:(1)根据磁通量公式,则有:ϕ=BSsinθ=BLdsinθ,
代入数据得:ϕ=3.6×10-2Wb
(2)对bc边,根据力的平衡条件,则有:F=mgtanθ.
因F=BId,
解得:I=
代入数据解得:I=1.25A
答:(1)穿过平面abcd的磁通量为3.6×10-2Wb;
(2)线框中电流强度I大小是1.25A.
如图,裸金属棒PQ与金属导轨、电源组成闭合回路,PQ与轨道间的动摩擦因数为0.5.导轨所在的平面与水平面成370.空间有垂直斜面向上的匀强磁场,B=1T.在PQ的中点,通过光滑的定滑轮平行于斜面与质量为M的物体相连.已知电源的电动势E=3V、内电阻r=0.5Ω,LPQ=0.5m,RPQ=2.5Ω,mPQ=0.2kg,导轨电阻不计,则要使PQ能静止在斜面上,物体M的质量在什么范围内?(g=10m/s2)
正确答案
解:对金属棒受力分析,根据左手定则所受安培力平行于斜面向下,
安培力大小F=BIL=BL=1×
×0.5=0.5N
当摩擦力沿斜面向下时:mgsin37°+F+μmgcos37°=Mg
得:M=0.25kg
当摩擦力沿斜面向上时mgsin37°+F-μmgcos37°=Mg
得:M=0.09kg
故物体M的质量在什么范围为:0.09kg≤M≤0.25kg
答:物体M的质量范围为:0.09kg≤M≤0.25kg.
解析
解:对金属棒受力分析,根据左手定则所受安培力平行于斜面向下,
安培力大小F=BIL=BL=1×
×0.5=0.5N
当摩擦力沿斜面向下时:mgsin37°+F+μmgcos37°=Mg
得:M=0.25kg
当摩擦力沿斜面向上时mgsin37°+F-μmgcos37°=Mg
得:M=0.09kg
故物体M的质量在什么范围为:0.09kg≤M≤0.25kg
答:物体M的质量范围为:0.09kg≤M≤0.25kg.
如图所示,两平行光滑导轨相距为20cm,金属棒MN的质量为10g,电阻R=8Ω,匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向下,大小为0.8T,电源电动势为10V,内阻为1Ω.当开关S闭合时,MN处于平衡状态.示变阻器R1多大?(已知θ=45°)
正确答案
解:金属棒受重力mg、支持力N、安培力F的作用,力图如图.根据平衡条件得:
F=mgtanθ=0.1N…①
安培力为:F=BIL…②
联立①②代入数据解得:I==
根据欧姆定律得:I=
代入数据解得:R1=7Ω
答:变阻器R1此时电阻为7Ω.
解析
解:金属棒受重力mg、支持力N、安培力F的作用,力图如图.根据平衡条件得:
F=mgtanθ=0.1N…①
安培力为:F=BIL…②
联立①②代入数据解得:I==
根据欧姆定律得:I=
代入数据解得:R1=7Ω
答:变阻器R1此时电阻为7Ω.
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